4.1 설비계획 및 관리¶

출제기준

4. 설비관리 › 1. 설비계획 및 관리

출제 경향¶

총 6문항 출제 (1교시 단답형 1 · 2~4교시 논술형 5) · 최근 10개 회차(109~139회) 1문항 · 최근 출제 제115회

주제	출제 수	출제 회차
4.1.1 설비 갱신과 교체분석(MAPI)	2	63회, 115회
4.1.2 설비 소요량 계획	1	106회
4.1.3 치공구 관리	1	85회
4.1.4 설비관리 시스템과 리스크 관리	2	91회, 94회

목차¶

설비 갱신과 교체분석(MAPI)
설비 소요량 계획
치공구 관리
설비관리 시스템과 리스크 관리

4.1.1 설비 갱신과 교체분석(MAPI)¶

설비 갱신(교체)의 필요성¶

설비는 시간이 지나면서 열화(물리적 마모로 성능 저하·보전비 증가)와 진부화(더 우수한 신설비 등장으로 경제적 가치 하락)를 겪는다. 교체분석은 현 설비를 계속 쓸지, 신설비로 바꿀지를 경제성으로 판단하는 것이다.

교체분석 기법	내용
원가비교법	현 설비와 신설비의 연간 총비용을 비교
연평균비용법(EAC)	자본회수비 + 운영비를 연간 등가로 환산해 비교, 경제적 수명 결정
현가법·수익률법	교체로 인한 현금흐름의 순현재가치·수익률 계산
MAPI 방식	미국 기계·관련제품협회(MAPI)의 Terborgh가 개발한 교체 분석 방식 — 구 MAPI(1949), 신 MAPI(1958)

구 MAPI 방식 (115회)¶

개념: 현 설비를 1년 더 사용할 때의 차년도 불리액(Next-year adverse minimum)과, 신설비의 연간 불리액(Adverse minimum: 자본비용)을 비교해, 현 설비의 불리액이 더 크면 교체하는 방식이다. 신설비의 연간 불리액은 내용연수와 잔존가치율(\( \alpha \))로 정해진 MAPI 계수를 투자액에 곱해 구한다.

절차

신설비의 투자액, 내용연수(\( n \)), 잔존가치율(\( \alpha = \) 잔존가치 ÷ 투자액) 결정
MAPI 차트(표)에서 MAPI 계수 확인 → 신설비 연간 불리액 = 투자액 × MAPI 계수
현 설비의 차년도 불리액 계산 = 운전 열위(신설비 대비 추가 운영·보전비) + 1년간 처분가치 감소액 + 현 처분가치에 대한 이자
비교: 현 설비 차년도 불리액 > 신설비 연간 불리액이면 교체

풀이: 115회 (정밀화법)¶

신설비 잔존가치율 \( \alpha = 800 \div 2{,}000 = 40\% \) → 구 MAPI 계수 15%
신설비 연간 불리액 = 2,000만 원 × 15% = 300만 원
현 설비 차년도 불리액

항목	계산	금액
운전 열위(유지보전비 추가분)	신형 교체 시 절감액	300만 원
1년간 처분가치 감소	300 − 150	150만 원
현 처분가치의 이자	300 × 10%	30만 원
합계		480만 원

→ 현 설비의 차년도 불리액(480만 원) > 신설비 연간 불리액(300만 원)이므로 교체가 유리하다.

신 MAPI 방식의 긴급률 (63회)¶

신 MAPI 방식은 교체 투자의 세후 수익률인 긴급률(Urgency Rating)을 구해 기업의 최저 요구수익률과 비교한다.

\[ \text{긴급률}\,(\%) = \frac{\text{차년도 운영이익 증가} + \text{차년도 자본소비 회피} - \text{차년도 신설비 자본소비} - \text{소득세 증가}}{\text{순투자액}} \times 100 \]

계산 요소	내용
① 순투자액	신설비 설치 비용 − 현 설비 처분가치 − 교체로 회피되는 현 설비의 대수리비
② 차년도 운영이익 증가	교체로 인한 다음 해의 수익 증가 + 운영비(노무·보전·불량·에너지) 절감
③ 차년도 자본소비 회피	현 설비를 1년 더 쓸 때 생기는 처분가치 감소와 대수리비를 피하는 금액
④ 차년도 신설비 자본소비	신설비 1년 사용에 따른 가치 감소 — MAPI 차트(내용연수·잔존가치·감가상각 방법)로 산정
⑤ 소득세 증가	이익 증가에 따른 세금 증가분

긴급률이 높을수록 교체가 시급하며, 여러 투자안의 우선순위를 정하는 데도 쓴다.

답안 작성 포인트

구 MAPI는 "현 설비의 차년도 불리액 vs 신설비의 연간 불리액" 비교라는 핵심 원리를 먼저 쓰고, 불리액 구성 항목을 표로 계산한다.
신 MAPI는 긴급률 공식과 5가지 계산 요소를 표로 정리하고, 판단 기준(최저 요구수익률)을 쓴다.
MAPI 계수 선택 시 잔존가치율 \( \alpha \)를 먼저 계산하는 과정을 보여 준다.

4.1.2 설비 소요량 계획¶

필요 설비 대수의 계산¶

\[ \text{필요 설비 대수} = \frac{\text{필요 생산량} \times \text{단위당 표준작업시간}}{\text{설비당 가용시간} \times \text{효율} \times \text{신뢰도(가동률)}} \]

결과는 반드시 올림한다. 불량이 있으면 필요 생산량에 불량을 감안한 투입량을 쓴다.

불량을 감안한 투입량: 공정별 양품률을 \( (1 - p_i) \)라 하면

\[ \text{투입량} = \frac{\text{목표 양품 수}}{\prod (1 - p_i)} \]

풀이: 106회¶

(1) 기계 대수 — 주당 가용시간 = 5일 × 8시간 × 60분 = 2,400분

공정	계산	결과	기계 대수
공정 1	\( \dfrac{2{,}000 \times 4}{2{,}400 \times 0.93 \times 0.95} \)	3.77	4대
공정 2	\( \dfrac{2{,}000 \times 5}{2{,}400 \times 0.95 \times 0.90} \)	4.87	5대

(2) 원자재 투입량

\[ \frac{1{,}000}{(1 - 0.05)(1 - 0.03)} = \frac{1{,}000}{0.9215} = 1{,}085.2 \rightarrow \mathbf{1{,}086\text{개}} \]

(3) 공정 간 검사의 경제성 (공정 1 산출 1개 기준)

검사를 하지 않으면 공정 1의 불량품(5%)도 공정 2에서 가공되고 완성품 검사까지 받는다 → 낭비 비용 = 0.05 × (2,000 + 100) = 105원
공정 간 검사 비용 = 80원

→ 검사로 피할 수 있는 비용(105원)이 검사 비용(80원)보다 크므로 공정 간 검사를 하는 것이 유리하다. (완성품 검사비를 빼고 공정 2 가공비만 비교해도 100원 > 80원으로 결론은 같다.)

설비 선정 시 고려 사항¶

생산능력(필요 대수), 가공 정밀도·품질, 경제성(투자비·운영비·수명주기비용 LCC), 신뢰성·보전성, 유연성·확장성, 안전·환경, 공급자의 기술 지원과 부품 조달, 기존 설비와의 호환성

답안 작성 포인트

설비 대수 계산은 공식 → 대입 → 소수 결과 → 올림의 과정을 모두 보여 준다.
검사 경제성 문제는 "검사 비용 vs 검사로 회피하는 비용(불량 × 후공정 비용)"의 비교 원리를 서두에 쓴다.

4.1.3 치공구 관리¶

치공구 관리의 목적 (85회)¶

치공구는 가공·조립·검사에 쓰는 지그(Jig)·고정구(Fixture)·절삭공구·금형·게이지를 말한다. 치공구 관리는 이들을 계획·설계·조달·보관·사용·보수·폐기까지 체계적으로 관리하는 활동이다.

목적

품질 안정: 정밀도가 유지된 치공구로 가공 품질의 균일화
생산성 향상: 가공·조립 시간과 준비교체 시간 단축
원가 절감: 공구 수명 관리, 재연삭·재생, 적정 재고로 공구비 절감
표준화: 치공구 규격·사용 방법 표준화로 숙련 의존도 감소
가용성 확보: 필요할 때 바로 쓸 수 있도록 보관·대출 체계 확립(분실·결품 방지)
안전 확보: 파손·마모된 치공구 사용에 의한 사고 예방

관리 내용: 치공구 계획·설계 → 구입·제작 → 검수·등록(코드화) → 보관(3정)·대출 → 사용 중 정도 점검 → 수명 관리·재연삭 → 폐기, 전 과정의 이력 관리

답안 작성 포인트

10점 단답형은 치공구의 정의 → 목적 5~6가지 → 관리 사이클로 쓴다. 목적은 품질·생산성·원가·안전 관점으로 나누면 빠짐이 없다.

4.1.4 설비관리 시스템과 리스크 관리¶

설비관리와 전문가 시스템 (91회)¶

전문가 시스템(Expert System)은 특정 분야 전문가의 지식을 지식 베이스에 저장하고, 추론 엔진으로 문제를 진단·해결하는 인공지능 시스템이다. 구성: 지식 베이스(규칙·사실), 추론 엔진, 사용자 인터페이스, 설명 기능, 지식 획득 도구

(1) 설비관리자와 전문가 시스템의 적용: 숙련 보전 전문가의 경험적 지식(고장 증상 → 원인 → 조치)을 시스템화해, 경험이 적은 관리자·작업자도 고장 진단·보전 의사결정을 빠르고 일관되게 할 수 있게 한다. 숙련자 퇴직에 따른 노하우 단절을 막는 효과도 있다.

(2) 개발과 응용 실태: 1980~90년대에는 규칙(If-Then) 기반 진단 시스템이 발전소·철도·화학 공정 등 고가 설비의 고장 진단에 주로 쓰였다. 지식 획득의 어려움과 유지보수 부담이 한계였으며, 최근에는 센서 데이터와 머신러닝을 결합한 예지보전·AI 진단 시스템으로 발전하고 있다.

(3) 설비관리용 전문가 시스템의 예

유형	내용
고장 진단 시스템	증상을 입력하면 원인과 조치를 추론(예: GE의 디젤 기관차 고장 진단 시스템 DELTA/CATS-1)
상태 감시·진단 시스템	진동·온도 등 센서 데이터로 이상을 판정(예: 발전 설비 진단 시스템)
보전 계획 지원 시스템	설비 중요도·고장 이력으로 보전 방식과 주기 결정
공정 이상 진단 시스템	공정 변수 이상의 원인 추론(예: 화학 공정 진단 시스템)

설비·공법 설계 단계의 리스크 관리 (94회)¶

설비·공법을 설계하는 단계에서 고장·안전·품질 리스크를 미리 찾아 줄이는 활동이다.

정의: 설비·공법 설계에서 목표(성능·안전·품질·일정·비용)에 영향을 줄 수 있는 불확실성을 식별·분석·평가하고 대응하는 체계적 관리
절차: 상황 설정 → 리스크 식별(설계 FMEA, HAZOP, 설계 검토) → 분석(발생 가능성 × 영향) → 평가(우선순위) → 대응 → 모니터링
전통적 처리 기술 4T: 회피(Terminate), 감소(Treat), 전가(Transfer), 보유(Tolerate)

리스크 관리 절차와 4T의 자세한 내용은 1.5.5 리스크 관리를 참고한다. 설비 설계에서는 특히 보전예방(MP) 설계, FMEA, 안전 설계(Fail Safe·Fool Proof)가 주요 감소 수단이다.

답안 작성 포인트

전문가 시스템은 구성 요소 그림(지식 베이스·추론 엔진·인터페이스)을 먼저 그리고, 설비관리에 적용하는 이유(숙련 지식의 공유·보존)를 강조한다.
리스크 관리 문제는 1.5.5의 일반 틀에 설비 설계 특유의 기법(설계 FMEA·HAZOP·MP 설계)을 더해 차별화한다.